CN107861528A - 应用于双轴太阳能跟踪系统的柔索俯仰传动装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种应用于双轴太阳能跟踪系统的柔索俯仰传动装置，包括俯仰支撑机械与驱动装置，所述俯仰支撑机械包括相对设置的第一半圆杆与第二半圆杆，所述第一半圆杆与第二半圆杆之间通过多根固定杆固定，所述第一半圆杆外表面凹设有半环形凹槽，所述半环形凹槽自所述第一半圆杆一端延伸至另一端。本发明的优点在于以柔性钢丝绳为传力介质，通过绳轮之间的静态摩擦力实现主动轮与半圆杆之间的力矩传递，可以从原理上避免间隙、摩擦等非线性因素，具有传动效率高、高刚度、低空回等优点。

Description

应用于双轴太阳能跟踪系统的柔索俯仰传动装置

技术领域

本申请涉及太阳能发电及热利用技术领域，特别涉及一种应用于双轴太阳能跟踪系统的柔索俯仰传动装置。

背景技术

随着传统能源的日益枯竭，太阳能热发电逐渐显示出其重要的社会和经济意义。

要提高太阳能热发电的效率，可以采用太阳能跟踪系统。所谓跟踪系统，就是将集热器等对准太阳，跟随太阳的轨迹移动，以获取较高的光热转换效率。太阳能跟踪系统可以分为单轴和双轴跟踪系统。其中单轴跟踪系统只有一个旋转自由度，在方位角(东西方向)上跟踪太阳；双轴跟踪系统则同时在太阳方位角和高度角上跟踪太阳。很明显，双轴太阳能跟踪系统在跟踪精度、太阳能利用率、发电能力等方面均具有优势。

俯仰传动装置是双轴跟踪系统中的重要部件，起到跟踪太阳高度角的重要作用。

目前，双轴太阳能跟踪系统的俯仰装置大多采用电动推杆或者回转减速器的结构。

电动推杆是一种新型的电动执行机构，具有运动可靠、安全、精确等优点。用于双轴太阳能跟踪系统的俯仰装置时，由于受其行程限制，跟踪系统俯仰角度范围受限；而且电动推杆的运动方式为直线运动，与俯仰角度不是线性关系对应，因此导致俯仰角度控制算法复杂，影响控制精度。

回转减速器是一种能够承受综合载荷的大型轴承，可以同时承受较大的轴向、径向负荷和倾覆力矩。其结构复杂，制造加工要求精度高，因而成本高、价格贵；在安装过程中，回转支承也需要很高的安装精度，后期需要定期润滑及保养，维护成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于双轴太阳能跟踪系统的柔索俯仰传动装置，以克服现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案。

本申请实施例公开了一种应用于双轴太阳能跟踪系统的柔索俯仰传动装置，包括俯仰支撑机械与驱动装置，所述俯仰支撑机械包括相对设置的第一半圆杆与第二半圆杆，所述第一半圆杆与第二半圆杆之间通过多根固定杆固定，所述第一半圆杆外表面凹设有半环形凹槽，所述半环形凹槽自所述第一半圆杆一端延伸至另一端，所述驱动装置包括电机、所述电机驱动的主动轮、钢丝绳，所述主动轮位于所述第一半圆杆下方，所述钢丝绳一端固定于所述第一半圆杆一端，另一端固定于所述第一半圆杆另一端设置的张紧装置，所述钢丝绳环绕于所述半环形凹槽内，所述钢丝绳中部缠绕于所述主动轮数圈。

优选的，在上述的应用于双轴太阳能跟踪系统的柔索俯仰传动装置中，所述钢丝绳中部以8字形缠绕于所述主动轮数圈。

优选的，在上述的应用于双轴太阳能跟踪系统的柔索俯仰传动装置中，所述第一半圆杆与第二半圆杆滚动支撑于一回转底盘。

更优选的，在上述的应用于双轴太阳能跟踪系统的柔索俯仰传动装置中，所述主动轮转动支撑于一固定支架，所述固定支架固定安装于所述回转底盘。

更优选的，在上述的应用于双轴太阳能跟踪系统的柔索俯仰传动装置中，所述电机与所述主动轮之间设置有一减速机。

优选的，在上述的应用于双轴太阳能跟踪系统的柔索俯仰传动装置中，所述第一半圆杆与第二半圆杆内侧分别固定安装有支撑支架，所述支撑支架固定支撑镜片组件。

优选的，在上述的应用于双轴太阳能跟踪系统的柔索俯仰传动装置中，所述张紧装置依次包括固定于所述第一半圆杆一端的固定块、穿透所述固定块的螺栓、与所述螺栓螺纹连接的滑块、固定安装于所述滑块的拉环，所述拉环勾住所述钢丝绳一端。

与现有技术相比，本发明的优点在于：以柔性钢丝绳为传力介质，通过绳轮之间的静态摩擦力实现主动轮与半圆杆之间的力矩传递，可以从原理上避免间隙、摩擦等非线性因素，具有传动效率高、高刚度、低空回等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明具体实施例中应用于双轴太阳能跟踪系统的柔索俯仰传动装置安装镜片时的结构示意图；

图2所示为本发明具体实施例中应用于双轴太阳能跟踪系统的柔索俯仰传动装置的结构示意图；

图3所示为图2中A处放大图；

图4所示为图2中B处放大图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

结合图1-4所示，应用于双轴太阳能跟踪系统的柔索俯仰传动装置，包括俯仰支撑机械100与驱动装置200，俯仰支撑机械100包括相对设置的第一半圆杆110与第二半圆杆120，第一半圆杆110与第二半圆杆120之间通过多根固定杆130固定，第一半圆杆110外表面凹设有半环形凹槽(图未视)，半环形凹槽自第一半圆杆110一端延伸至另一端，驱动装置200包括电机210、电机210驱动的主动轮220、钢丝绳230，主动轮220位于第一半圆杆110下方，钢丝绳230一端固定于第一半圆杆110一端，另一端固定于第一半圆杆110另一端设置的张紧装置240，钢丝绳230环绕于半环形凹槽内，钢丝绳230中部以8字形缠绕于主动轮220数圈，优选缠绕5圈。主动轮220转动支撑于一固定支架250，固定支架250固定安装于回转底盘300。电机210与主动轮220之间设置有一减速机260。第一半圆杆110与第二半圆杆120滚动支撑于一回转底盘300。

钢丝绳以8字形在主动轮上缠绕数圈后，一端通过钢丝绳张紧装置固定在第一半圆杆一端，另一端通过绳端锁紧固定在第一半圆杆另一端上。电机的输出轴安装在减速机的输入法兰盘上，减速机的输出轴与主动轮相连接，主动轮的两侧轴端通过轴承安装在固定支架上端，固定支架下端固定安装在回转底盘上。

电机按照跟踪系统的控制指令，以一定的转速旋转，输出一定的功率和扭矩，减速机将电机输出的转速降低，扭矩增大，带动主动轮转动，主动轮通过钢丝绳带第一半圆杆转动，进而整个俯仰装置便可以绕回转轴转动，对太阳的高度角进行跟踪。

主动轮为光轮，钢丝绳由多股绳紧密缠绕而成，而每股绳又是由多根钢丝按照一定的规律缠绕而成，钢丝绳外表有尼龙、涤纶、或者聚四氯乙烯等包覆层。电机选用伺服电机。

进一步地，第一半圆杆110与第二半圆杆120内侧分别固定安装有支撑支架140，支撑支架140固定支撑镜片组件。

用于支撑镜片组件，只需满足固定即可，都应当属于本申请的范围。

进一步地，张紧装置240依次包括固定于第一半圆杆110一端的固定块241、穿透固定块241的螺栓242、与螺栓242螺纹连接的滑块243、固定安装于滑块243的拉环244，拉环244勾住钢丝绳230一端。

优选采用螺纹滑块的预紧形式，结构简单方便，在另一实施例中，采用蜗轮蜗杆预紧和蝶形弹簧预紧等形式都可以实现，只需满足将钢丝绳拉紧即可，都应当属于本申请的范围。

与传统的俯仰传动装置相比，本发明具有如下优势：

1、传动效率高。柔索俯仰装置的传动效率可以达到95％以上，而最精密的齿轮传动的效率只有80％左右。高的传动效率可以降低对驱动电机的要求，使得系统对驱动电机的功率要求降低。

2、高刚度、低空回、高精度。系统中采用钢丝绳张紧装置，使得钢丝绳时刻受到预紧力的作用，因此柔索俯仰装置具有较高的传动刚度和较低的传动空回，传动精度可以达到10μrad以上。

3、设计灵活、加工设备要求低，成本低。第一半圆杆与结构件一体化集成设计，结构紧凑，易于加工，重量轻，成本低。相比较而言，齿轮传动系统对齿形精度、加工设备的精度要求较高，加工成本高。

4、装配要求低、维护成本低。柔索俯仰装置采用钢丝绳传动，主动轮和第一半圆杆之间的装配要求比齿轮传动等啮合传动方式低，传动附件少，维护成本低。

5、无需润滑、环境适应性强。柔索俯仰装置中，钢丝绳对温度变化不敏感，能够在较大温度变化范围内工作；柔索传动无需润滑，在具有复杂温度环境的空间应用中有很大的优势。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种应用于双轴太阳能跟踪系统的柔索俯仰传动装置，其特征在于，包括俯仰支撑机械与驱动装置，所述俯仰支撑机械包括相对设置的第一半圆杆与第二半圆杆，所述第一半圆杆与第二半圆杆之间通过多根固定杆固定，所述第一半圆杆外表面凹设有半环形凹槽，所述半环形凹槽自所述第一半圆杆一端延伸至另一端，所述驱动装置包括电机、所述电机驱动的主动轮、钢丝绳，所述主动轮位于所述第一半圆杆下方，所述钢丝绳一端固定于所述第一半圆杆一端，另一端固定于所述第一半圆杆另一端设置的张紧装置，所述钢丝绳环绕于所述半环形凹槽内，所述钢丝绳中部缠绕于所述主动轮数圈。

2.根据权利要求1所述的应用于双轴太阳能跟踪系统的柔索俯仰传动装置，其特征在于，所述钢丝绳中部以8字形缠绕于所述主动轮数圈。

3.根据权利要求1所述的应用于双轴太阳能跟踪系统的柔索俯仰传动装置，其特征在于，所述第一半圆杆与第二半圆杆滚动支撑于一回转底盘。

4.根据权利要求3所述的应用于双轴太阳能跟踪系统的柔索俯仰传动装置，其特征在于，所述主动轮转动支撑于一固定支架，所述固定支架固定安装于所述回转底盘。

5.根据权利要求3所述的应用于双轴太阳能跟踪系统的柔索俯仰传动装置，其特征在于，所述电机与所述主动轮之间设置有一减速机。

6.根据权利要求1所述的应用于双轴太阳能跟踪系统的柔索俯仰传动装置，其特征在于，所述第一半圆杆与第二半圆杆内侧分别固定安装有支撑支架，所述支撑支架固定支撑镜片组件。

7.根据权利要求1所述的应用于双轴太阳能跟踪系统的柔索俯仰传动装置，其特征在于，所述张紧装置依次包括固定于所述第一半圆杆一端的固定块、穿透所述固定块的螺栓、与所述螺栓螺纹连接的滑块、固定安装于所述滑块的拉环，所述拉环勾住所述钢丝绳一端。